物联网技术在智慧港口中的应用

冯军伟

（国能珠海港务有限公司，广东 珠海 519050）

1 物联网发展概述

从国际上来看，最早提及物联网概念是在比尔盖茨的《未来之路》中，物联网的前身是传感网，在1999年美国召开的移动计算和网络国际会议中明确指出了传感网是未来信息网络发展的一个重大机遇。在2005年的突尼斯信息社会世界峰会上，国际电信联盟正式提出了物联网的概念，逐渐迎来了物联网时代，相应的对射频识别技术、传感网以及智能嵌入式技术的研究与应用更为深入[1]。从国内来看，其实我国早在1999年就已经开始了传感网的研究，并且取得了一定的科研成果，在某些领域建立起了适用的传感网络，可以说在物联网技术的应用和研究上我国处于世界前列，同样的我国也是物联网国际标准制定的主导国之一。在2009年，物联网正式被列为我国新兴战略性产业。《中国互联网发展报告2021》中的相关数据显示，我国的物联网市场规模已经达到了1.7万亿元，人工智能市场规模达到了3 031亿元[2]。同年，中华人民共和国工业和信息化部又印发了关于互联网基础设施建设的三年行动计划，这无疑加快推动在社会各个层面上物联网基础设施的建设，使万物互联真正得以实现。

2 物联网关键技术分析

2.1 射频识别技术

物联网中最受关注的技术就是射频识别技术（见图1），也可以将其理解为非接触式的自动识别技术。射频识别其实就是一种比较简易的无线系统，由询问器和应答器组成，通过给物体设定电子编码，由射频信号对物体编码进行扫描和识别，之后传递给询问器自动读取信息就可以完成基础的信息交换[3]。射频识别技术赋予了物体的可追踪性，通过给物体打上电子标签，即使是远距离、无交互同样也可以获取相应的物体信息。

图1 射频识别技术原理

2.2 传感技术

传感技术同样是物联网应用中非常关键的一项技术。通过组建由微传感器、执行器、嵌入式技术、无线通信于一体的传感网络，可以很好地实现信息采集、处理和执行的集成，组建具有多功能的微型传感系统，对于提升系统自动化及智能化水平具有十分重要的意义[4]。在该技术应用的过程中，首先通过传感器设备来对特定物体进行信息采集与感知，这是实现物联网应用的基础。之后再借助嵌入式技术对采集的信息加以综合处理，转换成相应的信号，经由无线通信网络发送至用户终端。在传感技术的支持下，通过对物品的识别和感知能够很好地实现对人的监控与保护。

2.3 终端智能交互技术

终端智能交互技术也是物联网应用中的一项关键技术，是一种以机器终端智能交互为核心的网络化应用与服务体系。该项技术主要是基于云计算平台和智能网络，依据传感器采集的物体信息数据进行分析和决策，进而对对象行为进行控制与反馈[5]。以智慧港口中的停车系统为例，要想更好地实现物流车辆的协调，在物流车辆停车场中应保证通信区覆盖，当物流车辆驶入或者是离开通信区覆盖范围时，可以以短波通信的方式与车辆的电子识别卡进行双向的数据交换，自动识别和读取有关的物流车辆进出信息，实现对物流车辆的调度和控制。

3 智慧港口的运行特点

所谓的智慧港口，主要就是在物联网技术的支持下，面向港口运输服务所架构起的智能化、自动化、信息化的服务系统。通过搭建相应的物联网管理平台，可以实现港口生产作业、仓储管理以及物流跟踪等多个方面的智慧化管理。例如，在仓储管理中，可以借助射频识别技术、传感技术对港口内的货物、车辆等相关信息进行采集和识别，传输到相应的信息管理平台中，直接通过后台操作就可以清晰掌握仓储情况。

4 基于物联网技术的智慧港口管理系统架构分析

依托于物联网技术的智慧港口管理系统能够实现对港口各类基础设施与生产资料的有效整合，通过搭建相应的信息管理平台，在平台内实现基础的信息和数据交换，从而使港口各项作业更为智能化和便捷化[6]。基于物联网的智慧港口管理系统主要由感知层、网络层以及应用层这3个部分组成，具体如图2所示。

图2 基于物联网的智慧港口系统架构

4.1 感知层

智慧港口的感知层主要是借助射频识别技术、无线传感技术、视频监控技术、全球定位系统，对港口内的各项作业设备（如堆高机、正面吊）以及各作业区域（如闸口、堆场、岸桥等）进行信息数据采集和方位识别。感知层所采集到的信息数据经无线网络传输进入到智能港口的网络层[7]。

4.2 网络层

智能港口的网络层主要就是针对感知层采集的各种信息和数据进行智能分析与处理。网络层包括物联网管理中心和信息中心，这也就表明了网络层不仅要进行信息的过滤、分类以及存储，还要通过编码、认证来完成信息数据的转换和提取，根据这些信息数据来进行港口作业的管理和调度。

4.3 应用层

智慧港口的应用层是物联网技术与港口实际作业深度融合的重要体现，按功能可以分为2大部分，分别是生产作业系统和港口信息资源管理系统。对于生产作业系统，在进行港口装卸作业、运输作业以及仓储作业时，都可以在远程服务平台中进行智能化的识别、监控与跟踪。根据港口生产作业的实际需求，还能够在应用层直接建立相应的智能仓储系统、智能装卸系统、智能闸口系统等[8]。对于信息资源管理系统，通过集中收集和整理港口的各项业务信息，同样可以在远程服务平台构建相应的港口运营系统、供应链系统等。此外，通过在应用层子系统的构建，能够进一步提升港口在运营管理方面的智慧化水平。

5 物联网技术在智慧港口中的具体应用

5.1 在港口消防管理中的应用

物联网技术在港口消防管理中发挥着非常重要的作用，依托于物联网技术能够建立起相应的智能消防系统。港口生产作业的过程中，安全始终是第一位，而在安全管理中，消防安全又是重中之重。在物联网技术的支持下，可以将港口内的各类重点设施以及建筑连接起来，形成一个一体化的火灾自动报警网络，借助全球定位系统（Global Positioning System，GPS）技术对这些重点设施或者建筑进行准确的定位，并且安装红外探头、热感报警装置、烟雾报警装置以及监控装置等进行实时的监控[9]。一旦在某个区域发生火灾险情，相应的热感装置和烟雾装置就会立即探测并且发出火灾预警，将有关的信息通过有线或者无线通信网络传送到监控中心，相关人员能够立即做出响应，联动有关部门及时加以处理，将火灾险情造成的影响降到最低。

5.2 在散货码头汽运装车作业中的应用

在散货港口生产作业中，汽运作业是其中非常重要的组成部分，为了避免汽运车辆在港口中出现拥堵、碰撞、装错车的情况，有必要应用物联网技术来实现智能调度。具体来看，在港口的检查入口处安装相应的感知设备，当汽运车辆驶入检查出入口时，感知设备能够自动地对车辆信息进行识别和读取，依托于无线网络与智慧港口信息管理平台发出信息验证，确保相关信息与系统录入的信息相一致，完成验证之后信息管理平台就会发出相应的调度指令，司机可以通过移动智能终端或者是车载显示屏来获取相应的路线信息，根据指令信息司机按照既定的路线将卡车开到指定地点。整个的信息传输和指令过程非常快，并且全程不需要人工指挥和干预，能够实现不停车过检查出入口，这样就避免了汽运车辆在通过检查出入口时出现拥堵。

当汽运车辆到达指定地点后，相应的装车设备也在收到作业指令后开始装车，这个过程同样依靠相应的感知设备对汽运车辆信息进行读取和识别，然后给出垛位，同样的会在装车设备信息屏中进行显示，装车司机根据相应的示意图就可以清楚地知道需要装的垛位刻度[10]。完成汽运装车后，还要再进行1次信息采集，对装车货物信息和位置进行最后的确认。当汽运装车开始作业后，汽车司机、装车司机以及检查出入口都会接收到相应的信息指令，汽车司机和装车司机都按照指令到达相应地点，将指定刻度的散货装入指定的汽运车辆，然后再重复上述作业，直到完成本次装车任务。

整个汽运车辆作业的过程全部依靠感知设备来进行物与物之间的信息交互，通过自动化指令的发出确保作业的协调性和有序性，并且还能够通过智能感知给予司机一定的安全信息提示，有效避免视线盲区，确保港口内的行车安全，进一步提升了港口作业的可视化、安全化以及精准化程度。

5.3 在港口安防监控中的应用

在一些大型港口中，其作业区域分布比较复杂，因此对于港口内的安防监控有着更高的要求。将物联网技术应用于港口安防监控领域中能够建立起相应的智能监控系统，只要确保网络链接畅通，就可以随时随地掌握各作业区域的现场情况。在智能安防监控系统中，借助于摄像头、红外探测仪、化学探测器以及压力传感器等各种相关的传感器设备，能够对港口内重点区域、重要机械设备等进行实时监测，通过无线传感技术、智能行为识别算法对港口作业中车辆、人员以及设备的相关作业信息和行为信息进行识别，如果被识别为异常信息或者是异常环境数据，则传感器就可以将有关的信息数据转换为电信号发出警报，监控室在远程接收到有关的信号之后，就可以及时采取有效的安防措施。

6 结 论

将物联网技术应用于智慧港口建设，不仅能够切实提升港口的智能化、自动化水平，还能够使现代港口的信息综合服务效率大大提升，提高港口在国内外市场中的竞争力。随着物联网技术的不断发展，必将成为智慧港口建设的核心技术。